銅及銅合金焊接

在說“銅及銅合金焊接時防止產生氣孔的主要措施”之前，我們先介紹下銅及銅合金焊接時產生氣孔的原因：氣孔是銅及銅合金焊接時一個主要問題，只要在氬氣中加入筒量的氫和水蒸氣，焊縫即出現氣孔，產生氣孔的傾向比碳鋼嚴重得多，原因如下：

1、銅的熱導率比低碳鋼高7倍以上，所以銅焊縫結晶很快，熔池易為氫所飽和而形成氣泡，在凝固結晶很快的情況下，氣泡不易析出，促使焊縫中形成氣孔。

2、氫在銅中的溶解度隨溫度升高而增大，直到熔點時氫在銅中的溶解度達最高值，溫度再提高，液態銅開始蒸發，氫的溶解度下降。

3、氬弧焊時氮也是形成氣孔的原因，隨著氬氣中氮含量的增加，氣孔數量隨之上升。

銅及銅合金焊接時防止產生氣孔的主要措施：

1、防止焊縫金屬吸收氫氣及氧化，焊件表面在焊前應去油污、水分等，焊條、焊劑要烘干使用，焊絲表面不得有水分。

2、對焊縫加強脫氧，加入硅、鋁、鐵、錳等脫氧元素。

3、焊接時加強保護。

4、選擇合適的焊接工藝參數，降低冷卻速度，熔深不可過大。

銅及銅合金焊接時除了產生氣孔問題，還會有其他原因。銅及銅合金焊接時的問題：

1、難熔合及易變形：焊接純銅及銅合金時，如果采用的焊接參數與焊接低碳鋼差不多，母材散熱太快，填充金屬與母材不能很好地熔合，焊后變形也較嚴重，這與銅的熱導率、線脹系數和收縮率有關。

銅的熱導率大，20攝氏度時銅的熱導率比鐵大7倍多，1000攝氏度時大11倍多，焊接時熱量迅速從加熱區傳導出去，焊接區難以達到熔化溫度，使母材與填充金屬很難熔合。銅在熔化溫度時的表面張力比鐵小1/3，而流動性比鐵大1~1.5倍，表面成形能力差。

銅的線脹系數大15%，凝固時的收縮率比鐵大1倍以上，再加上銅的導熱能力強，使焊接熱影響區加寬，焊接時如被焊工件剛度低，又無防止變形的措施，很容易產生較大變形。

2、易產生裂紋：由于銅在液態時容易氧化，生成氧化亞銅，氧化亞銅與銅形成低熔點的脆性共晶體，造成偏析或存在于晶粒邊界；由于上述內應力大或氫、水蒸氣和二氧化碳造成的壓力存在，因此，銅及銅合金的焊接，易產生裂紋。

3、焊接接頭性能下降：焊接接頭的抗拉強與母材接近，但由于存在合金元素的氧化及蒸發，有害雜質的侵入，焊縫金屬和熱影響區組織的粗大，再加上一些焊接缺陷等問題，使焊接接頭的強度、塑性、導電性、耐腐蝕性等性能往往低于母材。

4、合金元素的氧化和蒸發：銅合金中的合金元素，一般比銅更易氧化。合金元素的燒損，降低了接頭的機械性能，贊成焊接過程的困難。如焊接鋁青銅時，鋁氧化后生成難熔氧化鋁，使熔池表面的熔渣發粘，阻礙基本金屬和熔滴很好地熔合，容易生成氣孔和夾渣。

焊接錫青銅時，錫氧化后在焊縫中形成脆硬的氧化錫夾雜物，降低焊縫的抗蝕性。黃銅中的鋅沸點（906℃），在焊接過程中極易蒸發，在空氣中形成白色霧狀的氧化鋅。鋅的燒損不僅降低了接頭的機械性能和抗蝕性，而且氧化鋅煙霧會引起焊工嚴重的慢性中毒。

銅及銅合金焊接的主要措施：

1、針對難熔合及易變形問題：焊接時必須采用功率大、熱量集中的熱源，并采取預熱措施，不允許采用懸空單面焊接，單面焊時，反面必須加墊板或成形裝置。

2、針對易產生裂紋問題：

(1)必須嚴格限制焊件和焊接材料的氧、鉛、鉍、硫等有害元素的含量。

(2)通過焊絲加入硅、錳、碳、磷等合金元素增強對焊縫的脫氧能力。

(3)選用能獲得雙相組織的焊絲，使焊縫晶粒細化、晶界增長，使易熔共晶分散，不連續。

(4)焊接時加強對熔池的保護，采用減小焊接應力的工藝措施，如選用熱量集中的熱源、焊前預熱、選擇合理的焊接順序、焊后緩冷等。

3、針對焊接接頭性能下降問題：改善和防止的辦法是選擇合適的焊接材料，嚴格控制工藝參數，有可能時要作焊后熱處理。

4、針對合金元素的氧化和蒸發問題：采用含有脫氧劑(如磷、硅、錳)的焊絲，能溶解氧化銅生成的熔渣的銅焊粉;去除工件和焊絲吸附的水分，并采取焊前預熱等措施。

“銅及銅合金焊接時防止產生氣孔的主要措施”了解了，我們說下銅及銅合金的焊接方法：主要以紫銅焊接和黃銅焊接為例子。

1、紫銅的焊接

焊接紫銅的方法有氣焊、手工碳弧焊、手工電弧焊和手工氬弧焊等方法，大型結構也可采用自動焊。

(1)紫銅的氣焊

焊接紫銅最常用的是對接接頭，搭接接頭和丁字接頭盡量少采用。氣焊可采用兩種焊絲，一種是含有脫氧元素的焊絲，如絲201、202;另一種是一般的紫銅絲和母材的切條，采用氣劑301作助熔劑。氣焊紫銅時應采用中性焰。

(2)紫銅的手工電弧焊

在手工電弧焊時采用紫銅焊條銅107，焊芯為紫銅(T2、T3)。焊前應清理焊接處邊緣。焊件厚度大于4mm時，焊前必須預熱，預熱溫度一般在400~500℃左右。用銅107焊條焊接，電源應采用直流反接。

焊接時應當用短弧，焊條不宜作橫向擺動。焊條作往復的直線運動，可以改善焊縫的成形。長焊縫應采用逐步退焊法。焊接速度應盡量快些。多層焊時，必須徹底清除層間的熔渣。

焊接應在通風良好的場所進行，以防止銅中毒現象。焊后應用平頭錘敲擊焊縫，消除應力和改善焊縫質量。

(3)紫銅的手工氬弧焊

在紫銅手工氬弧焊時，采用的焊絲有絲201(特制紫銅焊絲)和絲202，也采用紫銅絲，如T2。

焊前應對工件焊接邊緣和焊絲表面的氧化膜、油等臟物都必須清理干凈，避免產生氣孔、夾渣等缺陷。清理的方法有機械清理法和化學清理法。

對接接頭板厚小于3mm時，不開坡口;板厚為3～10mm時，開V型坡口，坡口角度為60o~70o;板厚大于10mm時，開X型坡口，坡口角度為60o~70o;為避免未焊透，一般不留鈍邊。根據板厚和坡口尺寸，對接接頭的裝配間隙在0.5～1.5mm范圍內選取。

紫銅手工氬弧焊，通常是采用直流正接，即鎢極接負極。為了消除氣孔，保證焊縫根部可靠的熔合和焊透，必須提高焊接速度，減少氬氣消耗量，并預熱焊件。板厚小于3mm時，，預熱溫度為150~300℃;板厚大于3mm時，預熱溫度為350~500℃。預熱溫度不宜過高，否則使焊接接頭的機械性能降低。

還有紫銅的碳弧焊，碳弧焊使用的電極有碳精電極和石墨電極。紫銅碳弧焊所用的焊絲和氣焊時一樣，也可用母材剪條，可用氣焊紫銅的助熔劑，如氣劑301等。

2、黃銅的焊接

黃銅焊接的方法有：氣焊、碳弧焊、手工電弧焊和氬弧焊。

(1)黃銅的氣焊

由于氣焊火焰的溫度低，焊接時黃銅中鋅的蒸發比采用電焊時少，所以在黃銅焊接中，氣焊是最常用的方法。

黃銅氣焊采用的焊絲有：絲221、絲222和絲224等，這些焊絲中含有硅、錫、鐵等元素，能夠防止和減少熔池中鋅的蒸發和燒損，有利于保證焊縫的性能和防止氣孔產生。氣焊黃銅常用的熔劑有固體粉末和氣體熔劑兩類，氣體熔劑由硼酸甲脂及甲醇組成;熔劑如氣劑301。

(2)黃銅的手工電弧焊

焊接黃銅除了用銅227及銅237外，也可以采用自制的焊條。

黃銅電弧焊時，應采用直流電源正接法，焊條接負極。焊前焊件表面應作仔細清理。坡口角度一般不應小于60~70o，為改善焊縫成形，焊件要預熱150~250℃。操作時應當用短弧焊接，不作橫向和前后擺動，只作直線移動，焊速要高。與海水、氨氣等腐蝕介質接觸的黃銅焊件，焊后必須退火，以消除焊接應力。

(3)黃銅的手工氬弧焊

黃銅手工氬弧焊可以采用標準黃銅焊絲：絲221、絲222和絲224，也可以采用與母材相同成分的材料作填充材料。

焊接可以用直流正接，也可以用交流。用交流焊接時，鋅的蒸發比直流正接時輕。通常焊前不用預熱，只有板厚相差比較大時才預熱。焊接速度應盡可能快。焊件在焊后應加熱300~400℃進行退火處理，消除焊接應力，以防止焊件在使用過程中裂縫。

(4)黃銅碳弧焊

黃銅碳弧焊時，根據母材的成分選用絲221、絲222、絲224等焊絲，也可用自制的黃銅焊絲施焊。焊接可以采用氣劑301等作熔劑。焊接應短弧操作，以減少鋅的蒸發和燒損。

直流TIG焊工藝方法廣泛應用于銅及銅合金的焊接，焊風成型好，內外質量優良，在氬氣的保護下，熔池純凈，氣孔少，熱裂影響小，操作易掌握。厚度≤4mm時可不用焊前預熱，直接用氬氣預熱，待熔池溫度接近600℃時，可加填充焊絲熔化母材，實現焊接。厚度大于4mm的銅材，純銅應預熱400—600℃。

銅合金焊接預熱200—300℃。300TSP，315TX直流TIG焊機可焊接純銅、硅青銅、磷青銅、黃銅、白銅等銅合金。300WP5、300/500WX4交直流兩用TIG焊機可用交流TIG焊接鋁青銅(用交流方波清除表面氧化膜)及用直流TIG焊接上述銅材。

近年來，采用MIG方法焊接銅及銅合金的施工越來越多，尤其對于厚度≥3mm的鋁青銅、硅青銅和白銅最好選用MIG焊方法。厚度3~14mm或>14mm的銅及銅合金幾乎總要選用MIG焊，因為熔敷效率高、熔深大、焊速快(一般為TIG焊的3~4倍)，實現高效、優質、低成本的經濟效益要求。銅材施焊前均應達到預熱溫度要求(純銅400~600℃，銅合金200~300℃)，焊絲與母材化學充分相似，氬氣純度≥99.98%。

“銅及銅合金焊接時防止產生氣孔的主要措施”就這些了，我們說下銅及銅合金焊接時的注意事項：

1、焊接處的間隙要嚴格控制好，以免影響裝配質量。

2、一個焊接節點工作完成后，要及時清理好焊縫及周圍，然后再進行下一個。

3、焊接完成后，等到焊縫冷卻后要進行焊縫外觀檢查，不能有任何缺陷或者問題，焊縫應飽滿，不能有裂縫。